机电一体化系统设计重点知识总结

1、 机电一体化系统的组成要素及其功能。

机械单元：构造功能、动力单元：驱动功能、传感单元：检测功能、控制单元：控制功能、执行单元：执行功能。

机电一体化的定义：机电一体化是一种技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、控制技术、传感技术等融合而成的一门新技术。

机电一体化系统的类型：开发型，变异型，适应型。

滚珠丝杠中滚珠的循环方式：内循环，外循环。

直齿圆柱齿轮传动机构消除侧隙的方法：偏心套轴调整，双片薄齿轮错齿调整。 典型的负载特性有：恒转矩，恒功率，转速函数型。

机械传动结构中常用的线性环节有：齿轮，带传动。

2、 机电一体化中的接口的种类和作用。答：机械接口，物理接口，信息接口，环境接口 作用：用于机电一体化系统的组成要素之间进行物质、能量和信息的传递和交换。

3、机电一体化的相关技术：机械技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、检测传感技术、系统总体技术。列举一种机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。例如：数控机床是一种机电一体化产品，它的机械技术主要来源于传统机床，就是执行各种加工零件的动作，它的信息处理技术，主要是对数控加工程序进行处理，然后发出指令，为保证加工精度，也采用伺服传动系统。

4、 机电一体化系统原理方案设计的步骤和方法：创造性方法、功能分析设计法、商品化设计思想及方法、评价与决策方法、变型产品设计中的模块化方法和相似产品系列设计方法等。

5、机电一体化系统原理方案设计的功能分析法是从系统功能出发，通过技术过程的分析，确定技术系统的效应，然后寻找解决的途径，其步骤与方法如下图所示：

6、 机电一体化系统结构方案设计遵循的基本原理和原则:运动学设计原理、平均效应原理、阿贝误差原理、基准重合原则、最短传动链原则、“三化”原则

6. 机电一体化系统结构方案设计的设计基本原理: 任务分配原理、自补偿原理、力传递原理、变形协调原理、力平衡原理、等强度原理、稳定性原理、降低噪声原理和提高精度原理。

7、 在机电一体化系统原理方案设计时，为什么要进行抽象化设计？

进行抽象化设计，可以使设计人员暂时抛弃那些偶然情况和枝节问题，突出基本的、必要的要求，这样就便于抓住问题核心；同时避免了构思方案前形成的框框，可以放开视野，寻求更为合理的设计方案。通过抽象化，设计人员可不涉及具体解决方案，就能清晰的掌握所设计的产品的基本功能和主要约束条件，从而抓住了设计中的主要矛盾，这样就可以把思维注意力集中到关键问题上来，确定产品的总功能。

8、 步进电动机有哪些特点？主要特点：转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制：有定位转矩：可构成廉价的开环控制系统。步进电机的一些特点1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积2．步进电机外表允许的最高温度3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降4．步进电机低速时可以正常运转, 但若高于一定速度就无法启动, 并伴有啸叫声。

9、步距角:每输入一个脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角;

脉冲当量：是相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量

9、 步进电动机有哪些主要指标：步矩角α（α=360°/Zm）、步矩角误差Δα（一般为+10´左右）、最高启动频率fq （有空载和负载两种）、最高连续工作频率fmax （远远大于fq ）、静态矩角特性（静态矩角特性曲线大致为一条正弦曲线）、动态矩频特性

10、步进电动机的工作原理：以数控机床上常用的反应式步进电动机为例：反应式步进电动机分为径向分相式步进电动机和轴向式步进电动机。对于径向分相式步进电动机来说，它主要是依靠转子分布均匀的齿与齿的齿距相同，但在同周期上分别以此错位一段齿距，当一极通电，则会使原先错位的齿与齿槽对正。而另一相邻极齿便会与齿槽错过一个角度待下次此

极通电时，下一相邻电极会重复同一过程，而此电极对齐。如此循环达到转动，而对于轴向分相式步进电动机，会由于通电方式不同而获得的步进角不相同，通电则会使转子转动起来，而通电电极数若较为连续，转子频率就会提高，从而运转会平稳。

11、 动力元件种类：电气式、液压式、气压式

12、变速系统的转速图是怎样组成的？拟定转速图应遵循哪些原则？

转速图由“三线一点”构成，即传动轴格线、转速格线、传动线和转速点。

应遵循的原则：1应尽量使总的传动副数最少2前多后少原则3前密后疏原则4选取合理的极限传动比及变速范围5合理分配传动比的数值

13、传动系统的功能：减速或加速，变速，改变运动规律和形式，传递和分配动力，必要时中断传动

14、传动系统包括哪几部分及各部分功能。

变速装置：改变动力元件的输出转速和转矩，以适应工作机构的需要；

启停和换向装置：用来控制执行机构的启动、停止及改变运动方向；

制动装置：用于使机械减速和停止运动，有时也用作调节或限制机械的运动速度，保证机械安全正常工作；

安全保护装置：由电器安全保护装置和安全离合器来承担，起过载保护作用。

15、执行系统的组成包括哪几个部分？

执行构件：执行系统中直接完成工作任务的零部件

执行机构：位于动力元件和传动系统之间的机械装置

16、典型的执行系统：夹持器、搬运装置、输送装置、分度与转位装置、检测装置、施力

17、位置和位移检测传感器种类：机械式微动开关、光栅传感器、感应同步器、旋转编码器

18、转速检测传感器：测速发电机、光电式转速传感器

19、超声波传感器测量距离，热电偶传感器测量温度

20. 步进电动机驱动电源包括：脉冲发生器、脉冲分配器（使电动机绕组的通电方式按照一定规律变化）、功率放大器（使脉冲电流得到放大）、细分驱动。

21、为什么要采用功率放大器？答：从计算机输出口或从环形分配器输出的脉冲电流一般只有几个毫安，不能直接驱动电动机，必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大，使其增加到几安培至十几安培，从而驱动电动机运转。

22、步进电动机的微机控制方式：串行控制和并行控制（P125示意图和控制原理）

23、直流伺服电动机的控制方式：可控硅直流驱动方式和晶体管脉宽直流驱动方式

24、支承部件种类及要求：旋转支承部件（旋转精度，静刚度，抗振性，热变形，耐磨性），移动支承部件(导向精度高，刚度好，耐磨，运动灵活和平稳) ，和固定支承部件（足够的刚度，抗振性，较小的热变形和良好的耐磨性，结构工艺性）

25、导轨有哪些形式？答：按摩擦性质分类：滑动导轨和滚动导轨。按受力情况分类：开式导轨和闭式导轨；特点：导向精度好，刚性好，耐磨，运动灵活和平稳。

26、固定支承部件为什么要设置隔板和加强筋？答：是提高固定支承部件刚度的有效方法。隔板主要用于提高支承件的整体刚度，加强筋主要用于提高局部刚度

27、PID 调节器：比例P 调节器：比例环节可提高系统响应速度，但存在稳态误差。 积分I 调节器：能消除系统的稳态误差，但降低系统的响应速度。

比例P 积分I 调节器：提高系统的响应速度，消除干扰所造成的影响。

28. 可以测量大量程直线位移（大于10MM ）的传感器有：超声波传感器、直线位移传感器、激光位移传感器、红外位移传感器、磁致伸缩位移传感器。

29、控制电机的基本要求：性能密度大，快速性好，位置控制精度高，调整范围宽，低速运行平稳无爬行现象，分辨率高，振动噪声小，适应启停频繁的工作要求，可靠性高，寿命长。